河道水体及底泥污染物季节性释放规律的研究

《河道水体及底泥污染物季节性释放规律的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河道水体及底泥污染物季节性释放规律的研究（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、河道水体及底泥污染物季节性释放规律的研究*刘宗亮 陈明功1 彭强辉2 蔡强2（1. 安徽理工大学，淮南 23；2. 浙江清华长三角研究院，嘉兴 314006）摘要：为了探究河道水体和底泥中污染物的季节性释放规律，本文以嘉兴市域内的16条具有代表性的河道为研究样本，通过对实验河道水体和底泥中温度、DO、pH、COD、TP、TN、NH3-N等指标的监测，研究分析了不同季节河道水体和底泥污染物浓度变化，实验成果表白：（1）河道上覆水体中COD、TP、TN、氨氮的浓度变化均有明显季节性规律，夏季污染物浓度较高，冬季浓度减少，春秋季介于冬季和夏季之间；（2）底泥中COD、TN、TP的变化也有一定的季节性

2、规律，NH3-N浓度则没有明显的季节性规律。且水体中TN、TP浓度与底泥中TN、TP浓度变化呈负有关性；（3）河水pH值波动范畴较小，没有季节性变化特性；（4）河水中溶解氧浓度随季节变化明显，夏季和冬季水中溶解氧浓度升高，春季和秋季溶解氧浓度偏低。核心词：底泥 季节性变化 释放规律SEASONAL RELEASE OF POLLUTANTS FROM RIVER WATER AND SEDIMENTLIU Zongliang1，2, CHEN Minggong1 ,PENG Qianghui2 , CAI Qiang1(1.23 Anhui University Of Science And

3、Technology, Huainan ; 2.Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University,Zhejiang,Jiaxing 314006,)Abstract: In order to explore seasonal release of pollutants in water and sediment of the river, the Jiaxing of 16 representative rivers as research samples, through the monitoring river water and

4、sediment with parameters of temperature, DO, PH, COD, TP, TN, NH3-N, pollutant concentration changes at the different seasonal river water and sediment, experimental results were demonstrated that concentrations of COD, TP, TN, ammonia nitrogen had a significantly seasonal pattern. The peak of pollu

5、tants in summer appeared in summer.Winter has a lowest pollutants concentrations. Changes of COD in the sediment, TN and TP also had a seasonal pattern. Concentration of NH3-N has no evident seasonal variation. Concentration of TN, TP in water and in sediment concentrations and showed negative corre

6、lation. PH value of water fluctuated in a smaller range with no seasonal variation characteristics.Concentrations of dissolved oxygen in the water significantly changed with the seasons. summer and winter, and dissolved oxygen concentration is increased in summer and winter,vice-versa in spring and

7、autumn.Keywords: bottom sediment; seasonal variation; release rule1.引言(Introduction)嘉兴位于浙江省东北部，长三角南翼，杭嘉湖平原腹地，地形平坦，略呈南高北低状。嘉兴河网水系发达，河道总长1.38万公里，河面宽30m以上的河道2100公里，河面总面积达268.93平方公里，市区以古城为核心，环城河环绕其外，京杭大运河、长水塘、三店塘、平湖塘等八条主干河道呈放射状均匀分布，是典型江南水乡1。随着长三角地区经济迅速发展，水环境污染日趋严重，水质不断恶化，市域范畴已基本无类水体，重要干流、湖荡以类为主，个别污染公司附近

8、河段为类甚至劣类，全市生活用水受到严重影响。河道作为都市生态系统的一部分，承当着重要的调蓄作用，为都市生活和生产提供便捷水源，减缓都市热岛效应和洪涝灾害，丰富都市景观和生物多样性。从开始，浙江省启动“五水共治”专项治水工程，各项环境整治工作随后展开，嘉兴对城区污染河道加大了治理力度，但由于多种因素河道水质状况仍不乐观。水体污染是多种污染指标综合伙用的成果，内源污染物释放也受到多种因素的影响，本文以实际检测数据为根据，着重研究各指标随着季节性变化，归纳河道水体和底泥中污染物的释放规律，为后期的都市河道治理提供参照根据。2. 实验措施(Experimental method) 为了使数据能真实、客

9、观地反映嘉兴市域内河流水环境质量，根据嘉兴市水系分布特性，在市域内选用了16条具有代表性的河道作为研究对象，每条河设立固定的采样点，具体如图2.1所示。图2.1 采样点位置分布图Fig. 2.1 location distribution of sampling points表2-1 采样点分布及底泥采集状况一览表编号采样点经度（E）纬度（N）水深（m）采集泥深(m)1伍子塘1205446304421.00.32花家浜1205633041251.20.33高家浜12054113040592.00.34徐祥木桥港12053593041181.40.25方升桥港1205252304202.50.2

10、6商务花园12048403044240.80.157许家港12049213044133.00.58凌公塘12046513044560.80.29月河12044333046232.00.210新塍塘12042333046201.50.311木桥港12041263046421.00.212和睦桥港12042133045431.20.213夏婆桥港1204053045231.50.314明月河12043523045251.00.315贯泾港（进）120468304271.80.216贯泾港（出）120468304272.00.2Table 2-1 sampling point distributio

11、n and sediment collection situation list注：上表中的水深和泥深是指采样点位置的深度，并不是河道的实际深度2.1样品采集 用抓泥器采集河道表层底泥样（深度约10-15cm），置于密封袋中，立即运回实验室冷冻保存。水样采集直接用取水器采集上覆水样，置于500mL专用取样塑料瓶中，放在实验室冷冻储存。 2.2 实验措施 2.2.1底泥的实验措施（1）前解决 将采集的底泥样品放入烘箱中，在105-120温度下烘3小（烘干时间视采集样品的含水量定），研磨，过100目筛，保存于棕色瓶中，以做实验之用。 (2) 检测措施 CODcr的检测 称取适量土样于消解罐中，加入

12、蒸馏水、重铬酸钾溶液、硫酸-硫酸银溶液各5mL，微波消解30min，消解液呈橙色，冷却后，用硫酸亚铁铵标定，记录滴定量，代入公式，计算出沉淀物中COD的含量。 TN和TP的检测 称取土样0.1克于50mL比色管（试管）中，加入25mL碱性过硫酸钾溶液，在烘箱（或灭菌箱）中在120-125温度下消解50min左右，自然冷却后用定性滤纸过滤，将过滤液移入100mL容量瓶中，定容。分别取样品溶液进行TN、TP的检测，总氮采用紫外分光光度法、总磷采用钼锑抗分光光度法测定，并将测定成果换算成沉积物中的总氮、总磷的含量。NH3-N的检测 称取土样10克于250mL锥形瓶中，加入2mol/L的氯化钾溶液50

13、mL，在恒温振荡器中（温度控制在20度左右）振荡30min,用定性滤纸过滤。过滤结束后，直接取过滤样品进行检测，检测措施采用纳氏试剂分光光度法，测定成果换算成沉积物的氨氮含量2。2.2.2水样的检测措施COD采用重铬酸钾氧化法；TN采用紫外分光光度法；TP采用钼锑抗分光光度法；氨氮采用纳氏试剂分光光度法；pH便携式pH计；DO溶氧仪读取。3. 实验成果(Experimental result) 各采样点的监测数据如表3-1所示。3.1上覆水体和底泥中COD变化规律-期间图3.1 部分监测河道水样COD变化状况Fig. 3.1 COD variation curve of water-期间图3.

14、2 部分监测河道底泥中COD变化状况Fig. 3.2 COD variation curve of sediment由图3.1可以看出，在整个监测期间，河流上覆水体COD均有所增高，最大增幅分别是95.8%、80.9%、290.1%、155.1%、144%。其中以明月河污染较为严重，COD由27.9mg/L增长到68.5mg/L，增幅达144%，平均值为44.35mg/L，超过地表水环境质量原则V类水原则，超标10.9%；商务花园因是封闭体系，没有外污染源，水中生长诸多沉水植物和挺水植物，水体自净能力比较强，水质较好，COD较低，但从其检测数据对比看，其增幅最大，达290.1%。在所监测的16

15、个河道断面中，平均值达到类水原则的有3个，达到类水原则的有2个，超过类、类水原则的有11个，占总数的约70%。从图3.1数据曲线图可以看出，河道水体中COD呈现明显季节性规律，冬季较高，夏季则减少。其因素重要有：（一）嘉兴市地处北亚热带南缘，属东亚季风区，夏季湿热多雨，冬季寒冷干燥。冬季属于枯水期，表3- 1 -各采样点上覆水和底泥重要污染物监测数据Fig.2-2 The monitoring data of main pollutants in water and sediment of the sampling points during -检测指标检测时间伍子塘高家浜商务花园月河明月河上

16、覆水底泥上覆水底泥上覆水底泥上覆水底泥上覆水底泥TN9月3.74.593.152.531.142.63.423.84.993.2512月6.032.225.121.071.690.93.51.537.071.432月5.031.404.30.873.470.635.332.119.753.843月4.853.373.93.462.063.424.674.738.445.25月3.55.023.174.850.934.184.76.115.236.367月3.247.972.775.320.596.242.857.113.086.4TP9月0.150.740.340.440.040.250.16

17、0.660.440.7112月0.330.140.40.20.070.120.20.660.520.62月0.240.250.750.290.170.140.360.270.610.343月0.180.150.40.130.090.070.290.110.340.45月0.130.70.340.120.030.110.210.70.250.157月0.160.120.180.80.050.070.150.170.270.18COD9月23.910.319.915.68.066.1512.723.127.927.912月46.88.4636.016.925.46.0832.422.943.129

18、.12月23.520.634.726.731.57.4632.351.457.642.03月20.217.628.323.411.65.4319.646.368.535.75月20.92.9222.76.579.475.2324.722.138.614.07月15.33.389.588.147.723.2019.324.630.412.3NH3-N9月0.833.50.851.50.3310.6711.430812月1.337.51.2920.4301.8725.92982月1.145.50.979.50.5522.3102.5.7510.3月1.2760.41070.2512.41504.9

19、4435月0.3560.5780.235.51.595.53.42857月0.4400.360.50.2280.51032.1374 pH9月7.27-7.37-7.29-7.4-7.21-12月7.14-7.06-7.43-7.68-7.09-2月7.27-8.29-7.03-7.12-7.23-3月7.67-8.06-7.37-7.8-7.51-5月7.01-7.67-7.15-7.14-7.27-7月7.63-7.65-7.93-7.75-7.72-注：1.由于采样点的数据较多，上表仅列出部分采样点的数据，以此作为论据分析。2. 上述数据，水体除pH外，单位均为mg/L；底泥中，除氨氮单

20、位为mg/kg，其他指标单位均为g/kg。河流水位下降，稀释能力减少，而污染物排入量并没有变化，因此COD浓度偏高；（二）冬季温度减少，使微生物活性受到克制，对有机物的分解能力下降；（三）冬季夜长昼短，日照时间减少，水中溶解氧含量减少，同样会克制微生物活性，特别是好氧性生物菌降解能力3。夏季雨水充足，温度较高，河水稀释能力升高，微生物活性和分解能力提高，因此水中COD下降。春秋季，水中COD浓度介于冬季和夏季间，与白松凯等4在研究都市河道底泥污染分析与克制措施中的结论一致。从图3.2曲线走势可看出，底泥中COD 变化有一定季节性规律，冬季底泥中COD高于其她季节，大部分检测点的最高值出目前12

21、月2月期间，重要因素是冬季温度低，克制了微生物对底泥中污染物的降解能力；同步，当上覆水体中污染物浓度不小于底泥浓度时，水中污染物向底泥转移，使底泥COD升高5-6。 3.2上覆水体和底泥中TN的变化规律-期间图3.3 部分监测河道水体中TN变化曲线Fig. 3.3 TN variation curve of river water- 期间图3.4 部分监测河道底泥中TN变化曲线Fig. 3.4 TN variation curve of sediment 在以上监测点中，明月河的氮污染较严重，最小值3.08mg/L，最大值9.75mg/L，增幅达216.5%；平均值为6.43mg/L，属于劣类

22、水原则，超标221.3%。在16个研究对象中，达到类水原则的1条，占总数的6.25%；达到类水原则的有3条，占总数的18.75%；类或劣类水原则的有12条，占总数的75%。由此可知，嘉兴市河道氮污染较为严重。从图3.3可看出，各监测点水体TN随时间变化是先增后减，冬季升高，夏季减少，有明显季节性规律；由图3.4可知，底泥TN的变化也呈现一定季节性规律，冬季底泥TN较低，夏季底泥中TN升高，底泥和水中TN有明显负有关性。河道底泥和水体TN 浓度体现出季节性特性，其因素：第一，冬季干燥寒冷，雨量少，温度低是形成这一特性的重要因素；另一方面，当水体与底泥中污染物浓度形成浓度差时，底泥向上覆水体释放氮

23、元素，导致水中TN浓度升高，底泥中TN含量下降；第三，溶解氧是影响底泥释氮的重要因素，好氧菌和厌氧菌通过硝化作用和反硝化作用实现硝态氮和氨氮之间的转化，然后将最后产物释放到上覆水体中7-9。夏季与冬季水中溶解氧浓度不同，也是导致水体中TN浓度冬季高、夏季浓度低的一种重要因素。3.3上覆水体和底泥中TP的变化状况-期间图3.5 部分监测河道水体中TP变化状况Fig. 3.5 TP variation curve of river water-期间图3.6 部分监测河道底泥中TP的变化状况Fig. 3.6 TN variation curve of sediment 所有研究对象中，以高家浜、明月

24、河的磷污染较严重，其TP平均值分别为0.402mg/L、0.405mg/L，超过地表水环境质量原则类水原则。在16个监测点中，达到类原则的有3条，占总数的18.75%；达到类水原则的有3条，占总数的18.75%；达到或超过类水的有10条，占总数的62.5%，由此判断，嘉兴市内河道磷污染不是很严重，基本能达到类水原则。由图3.5可以看出，水中TP变化有一定的季节性规律。冬季TP较高，夏季较低；春秋季介于冬季和夏季之间。由图3.6知，在整个监测期间，底泥中TP的浓度呈下降趋势，没有明显的季节性变化特性。其因素有：（一）冬季属于枯水期，河流水位下降，稀释能力减少；夏季是汛期，雨水充足，河流水位上升，

25、稀释能力增强；（二）温度是影响底泥污染物向上覆水体释放的一种重要影响因素，夏季温度高，日照时间长，一方面加快了内源磷释放的物理反映和底泥有机物矿化速率，内源磷释放量增长10-12；另一方面，水中藻类植物充足生长，消耗了水中大量磷元素，使水中磷含量下降；（三）夏季水中溶解氧浓度高，水体环境呈现氧化状态，不利于Fe3向Fe2转化，克制底泥中铁结合态磷的释放13-14。综上分析，夏季磷的消耗速率要不小于内源磷释放速率，TP有所下降；冬季磷的消耗速率减少，TP升高。由图3.6可看出，从12月至2月，底泥中TP含量下降；从5月到7月，TP上升，呈现出冬季TP浓度下降，夏季浓度升高的趋势，因此底泥中TP

26、变化有一定的季节性规律，与水中TP变化也有一定的负有关性。陈如海等【13】在分析西溪湿地底泥磷、氮和有机质含量分布规律的研究表白，底泥中的磷向水体释放的过程中，全氮起到了一定的增进作用，水中的总磷，总氮与底泥中的总磷呈有关性明显15-16。3.4上覆水体和底泥中NH3-N的变化状况-期间图3.7部分监测河道水体中氨氮的变化状况Fig.3.7 NH3-N variation curve of river water-期间图3.8 部分监测河道底泥中NH3-N的变化状况Fig.3.8 NH3-N variation curve of sediment 所有研究对象中，明月河水中和底泥NH3-N含量

27、均最高，水中最小值1.4mg/L，最大值5.9mg/L，增幅达321.4%；平均值为3.9mg/L，超过地表水环境质量原则类原则值95%。在16个监测点中，达到类水1条，占总数的6.25%；达到类水的2条，占总数的12.5%；达到或超过类水的13条，占总数的81.25%。 由图3.7知，水中氨氮变化有一定的季节性规律，冬季枯水期，氨氮浓度较高；夏季丰水期，氨氮浓度较低。春秋季节氨氮浓度介于冬夏之间。 由图3.8曲线图可看出，底泥中氨氮含量波动不大，与水中氨氮变化趋势不有关，没有明显季节性规律。孙映宏等14在有关杭州城区河道水体及底泥污染指标的有关性研究中指出，水中总氮、全氮与底泥中总氮、全氮含

28、量无有关性，与本实验的结论相一致。3.5河水溶解氧特性分析-期间图3.9 部分监测河道水体中DO的变化状况Fig. 3.9 DO variation curve of river water由图3.9知，夏季和冬季水中溶解氧浓度升高，春季和秋季溶解氧浓度偏低，有明显季节性变化特性，其因素：（一）夏季日照时间长，藻类等水生植物光合伙用较强，产生大量氧气溶解于水中；（二）冬季温度低，微生物活性受到克制，减少了好氧菌对氧气的消耗，水中氧浓度偏高。3.6河水pH值特性分析-期间图3.10部分监测河道水体中PH值变化状况Fig. 3.10 PH variation curve of river wate

29、r从图3.6可以看出，pH波动幅度不大，最小值是7.01，最大值8.29，受自然环境条件干扰因素影响较小，没有明显季节性变化特性。4.结论与讨论(Conclusions and discussion)（1） 河道水体和底泥中COD浓度变化均有一定的季节性规律，冬季含量较高，夏季含量则减少。（2）河道水体中TN有季节性规律，冬季含量升高，夏季含量减少；底泥TN变化也呈现一定的季节性规律，冬季底泥TN较低，夏季底泥TN升高，底泥和水中TN的含量呈明显的负有关性。（3）河道水体中TP的变化有一定的季节性规律，冬季TP较高，夏季含量较低，春秋季介于冬季和夏季之间；底泥TP 变化也有一定的季节性规律，呈

30、现出冬季TP浓度下降，夏季浓度升高的趋势。水中TP含量变化与底泥TP释放呈负有关性。（4）水中氨氮变化有一定的季节性规律，冬季氨氮浓度较高，夏季氨氮浓度较低，春秋季节氨氮浓度介于冬夏之间；底泥中氨氮的浓度变化没有明显季节性规律。（5）河道水体中溶解氧浓度有明显季节性变化特性，夏季和冬季水中溶解氧浓度升高，春季和秋季溶解氧浓度偏低。（6）河水pH值波动范畴较小，没有季节性变化的特性。 水体中污染物浓度变化和底泥中污染物的释放受诸多因素的影响，季节的变化涵盖了诸多环境因素变化17，水体和底泥中污染物浓度变化所体现的季节性规律也是多种因素共同作用的成果，每一种因素对水体和底泥中污染物浓度变化的影响还

31、需要更细致的研究。参照文献(References)1陈庆华，汤亦平.嘉兴市区水环境现状与河道整治初探J.浙江水利水电专科 学校学报， ，19，（3）：39-442李志萍，许飞飞等.袁河污染物的检测与分析J.中国水利水电科学研究院学 报，9，（2）：132-135 3张坤.河流底泥污染物释放研究D.上海大学，4柏学凯.都市河道底泥污染分析与克制措施研究D.山东大学，5张坤，李彬，王道增等.动态水流条件下河流底泥污染物（CODcr）释放研究J. 环境科学学报，,30（5）:985-989.6李彬，张坤，钟宝昌，王道增.底泥污染物释放水动力特性实验研究J.水动 力学研究进展，,23（2）：126-1

32、337李兵.不同光照和水流条件下底泥释放氮磷规律的研究D.成都理工大学，.8陈婷.贾鲁河底泥中氮磷释放影响因素的研究D.郑州大学，9马亚杰.清河沉积物对水中氮、磷浓度实验的研究D。首都师范大学，10侯利军，刘敏，许世远.环境因素对苏州市区段底泥内磷释放的影响J.上海环境科学，22（4）:258-26011Macia H，Bates N，Neafus JE.Phosphorus release from sediments from Lake Carl Blackwell.OklahomalJWater Res，1980，14：1477148112Huanxin W，Presley B J，Ve

33、linsky D JDistribution and sources of phosphorus in tidal river sediments in the Washing，AreaJEnvironmental Geology,1 997(3)：22423013王茹静，赵旭等.水沉积物释磷的环境影响因素及其释放机理J.新疆环保，（3）：5-814徐祖信，张锦平，廖振良，刘丽坤.苏州河底泥对上覆水水质污染影响J.都市环境与都市生态，,18（6）：1-315陈如海，颜良通，陈云敏等.西溪湿地底泥氮、磷和有机质含量竖向分布规律J.中国环境科学，30（4）：493-49816孙映宏.杭州城区河道水体及底泥污染指标的有关性研究J.环境科学与管理，38（12）：17-2017Pomeroy LR，Smith EE，Grant CM.The exchange of phosphate between estuarine water and sedimentsJ.Limnology and Oceanography，1965，10(1): 167 172